Simulation of Space Weathering on airless bodies, moons and planets: Combining hypervelocity dust impacts with energetic irradiation
Astrophysics and Astronomy
Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation
Final Report Abstract
Die Variabilität von Massen und Geschwindigkeiten der verschiedenen Populationen von kosmischem Staub (interstellarer-, interplanetarer- und kometarer Staub) im Asteroidengürtel in Abhängigkeit von der Inklination eines Objektes zur Ekliptik, wurde erfolgreich modelliert. In Experimenten, die Mikrometeoriteneinschläge auf Himmelskörper simulieren, scheint es von Vorteil, eine möglichst breite Massen- und Geschwindigkeitsverteilung einfliessen zu lassen. Hiervon abhängig ist die eingetragene kinetische Energie auf das Oberflächenmaterial eines Körpers, die wiederum bestimmt welche Effekte, und welches Ausmaß der Effekte innerhalb des Materials zu erwarten sind. Die hier beschriebenen Einschlagsexperimente mit einem Staubbeschleuniger, bei denen mineralische Targets mit nm-µm großen Partikeln bombardiert werden, zeigen generell eine Veränderung der Probenoberflächen, was IR- und UV-vis-Spektren der Gesamtoberfläche der Proben, wiederspiegeln. Eine Alteration ist auch bei wenigen Staubeinschlägen sichtbar. Des Weiteren war zu beobachten, daß der Grad der Alteration innerhalb einer Gesteinsprobe (z.B. im Fall von Allende und Eukrit) stark variiert. Diese Unterschiede innerhalb einer Gesteinsprobe sind abhängig vom Ort der Messung (z.B. feinkörnige Matrix, große Minerale, Chondrulen) und von der Einschlagsdichte. Abhängig vom spezifischen Material der Probe (z.B. Olivin, Pyroxen, OH-haltige Minerale) und ebenso abhängig von der Form des einschlagenden Partikels (z.B. Aggregate, solide Einzelpartikel, rund, unförmig, kantik, nadelig), gibt es eine große Variabilität von Einschlagsphänomenen: Nicht jedes auftreffende Partikel hinterlässt einen Krater, mache grossen, langsamen Partikel hinterlassen nur Abdrücke im Material oder Kratervorstufen. Viele grosse, langsame Aggregate zerbrechen beim Aufprall und zerstreuen sich über die Oberfläche, z.B. in Form von geschmolzenen Tropfen. Manche Partikel bleiben in der Oberfläche stecken. Schnelle Partikel erzeugen oftmals Krater, deren Erscheinungsform sehr abhängig vom Material des Targets sind. Manche Krater zeigen Spallation, Kraterränder und Kraterlippen, in anderen Materialien sind diese Features nicht vorhanden. Extrem kleine und schnelle Teilchen hinterlassen sehr tiefe Krater, die in der direkten Kraterumgebung kaum Schaden zu hinterlassen scheinen. Auch scheint das Gefüge eines Gesteins und das Kristallsystem eines Minerals Einfluss auf das Erscheinen von Einschlagsphänomenen zu haben: In feinkörniger Matrix sind kaum Krater zu finden (am Besipiel von Allende), dafür allerdings viele zerborstene Partikelrückstände, wo hingegen generell in größeren, homogenen Fragmenten, die meisten Einschlagsphänomene anzutreffen sind. Es ist möglich, daß die Struktur eines feinkörnigen Gesteinsgefüges die Einschlagsenergie anders kompensiert als das Kristallsystem eines Minerals. Weiterhin gibt es auf Olivin und Diopsid (Ca-haltiger Pyroxen) sehr deutliche Kraterformationen mit Spallation, Kraterrand- und lippe, wohingegen OH-haltige Minerale keine Spallation aufzuweisen scheinen, dafür aber einen “Halo” um den Einschlag herum. Strukturelle und chemische Veränderungen sind sehr wahrscheinlich, allerdings vermutlich im µm- oder gar nm-Bereich. Das Targetmaterial wird teilweise aufgeschmolzen, geschockt und evtl. ionisiert. Die Schockwelle eines Einschlags geht durch den Impaktor und das Targetmaterial. Derzeit wird noch untersucht, inwiefern die Einschlagsenergie zu größeren Veränderungen im Umkreis eines Einschlags führt und ob es strukturelle Veränderungen auf Grund des Drucks oder weiterreichende temperaturabhängige Veränderungen über den Krater hinaus, gibt. Die Schwierigkeit ist hier, daß wir es nicht mit Veränderungen zu tun haben, wie sie üblicherweise in terrestrischen Umgebungen durch lange währenden Druck (P) und erhöhte Temperatur (T) vorkommen, sondern das wir hier eine sehr kurze, aber energetisch hohe P-T-Spitze beobachten. Der Einschlagsprozess vollzieht sich im Zeitfenster von Nanosekunden. Diese Aspekte werden derzeit untersucht.
